一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法技术

本发明专利技术的实施例公开一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法，属于棒材轧钢的技术领域。所述方法采用控制热轧后的冷却速度，使齿轮钢产品带状组织消失，最终齿轮钢的组织结构为均匀分布的铁素体+珠光体组织或均匀分布的贝氏体+马氏体组织，无带状组织出现。其中的热轧后的冷却速度的选择需要计算不同冷却速度下贫、富溶质区的相变平衡温度、碳扩散距离等，可利用仪器观察其相变后的组织类型，并用GB

【技术实现步骤摘要】
一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法


[0001]本专利技术属于棒材轧钢的
，涉及一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法，是通过结合控制冷却速度、扩散模型与相变模型的处理方法。

技术介绍

[0002]目前，齿轮钢大部分为低碳合金钢，而低碳合金钢热轧后带状组织较严重。带状组织的存在降低了低碳合金钢的塑性、冲击韧性，造成冷弯不合，冲压废品率高，热处理时钢材易变形，淬火开裂。
[0003]齿轮钢经锻造、车削等工艺加工成齿轮后，齿轮的形状和尺寸精度基本定型。但如果齿轮钢的材质中含有的带状组织偏高，在后续的热处理时往往会存在沿带状方向变形加大，甚至造成齿轮不啮合，装配困难等技术缺陷。更重要的是齿轮系在运行过程中，由于受力不均匀，震动和噪音加大，部分齿会提前失效，严重缩短齿轮的使用寿命。故而，如何降低齿轮钢中带状组织的含量，甚至消除齿轮钢中带状组织对齿轮钢的发展至关重要。
[0004]通过分析发现，现有影响带状组织的因素很多，虽然带状组织程度主要取决于合金元素的枝晶偏析、冷却速度、奥氏体晶粒大小等因素，但是现有技术中并未考虑本申请的确定消除带状组织要求达到的贫富溶质区相变温差范围、碳扩散距离及与其对应的最佳冷却速度的选择，并未依据相变组织演变机理来科学调整冷却速度。
[0005]例如：专利文献CN111424149A公开了一种齿轮钢带状组织控制工艺，工艺步骤为钢坯加热、粗轧、中轧、一次穿水冷却、精轧、二次穿水冷却、缓慢冷却，其是通过长时间的保温操作、精轧温度控制、在精轧前和精轧后均对钢坯进行穿水冷却等复杂工艺步骤减少带状组织形成，是贯穿整个工艺的温度控制，需要考虑和调节的影响因素非常多；而专利文献CN110453053A公开了一种齿轮钢带状组织的控制方法，具体包括以下步骤：在轧钢工艺中，升高铸坯在加热炉内的加热温度，并且，延长加热时间，使得奥氏体晶粒尺寸增大到一定程度，进而控制齿轮钢带状组织，其是通过延长加热时间控制奥氏体晶粒大小来实现。
[0006]在上述基础上，本专利技术的专利技术人研究发现：冷却速度增大会使带状程度减轻，A
r3
温度差异是导致带状组织产生的前提条件，并且贫溶质区和富溶质区的A
r3
温度差随冷却速度的增大而增大。
[0007]因此确定了贫溶质区形成铁素体时所排出的碳在珠光体产生之前所扩散的距离是影响带状程度的决定因素。随着冷却速度的增大，贫溶质区碳扩散的距离减小，A
r3
温度差对带状组织的影响也减小，带状程度减轻。
[0008]本专利技术通过将EPMA实验结果与Matlab模拟计算结合的方法，实现了预测消除热轧后齿轮钢中带状组织的最优冷却速度的选择。这不仅能控制组织类型并消除齿轮钢棒材带状组织带来的危害，还提高了生产能力，对高质量齿轮钢棒材的工业大规模推广和发展具有重要的意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的技术问题是目前的热轧后齿轮钢中带状组织偏高，变形大，受力不均匀，齿轮钢制备的齿轮部分齿在运行过程中变形失效，使用寿命缩短。
[0010]本专利技术的目的在于，通过采用相变模型、扩散模型相结合，利用Matlab软件计算在冷却过程中热轧后齿轮钢的相变温度、元素扩散与配分，通过利用扫描电镜等仪器观察经过不同冷却速度相变后的组织类型，并根据GB
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1991标准对其带状组织进行评级，最终确定消除带状组织要求达到的贫富溶质区相变温差范围、碳扩散距离及与其对应的最佳冷却速度。
[0011]本专利技术的关键点在于通过实验与模拟计算结合的方法，科学预测相变组织类型及分布，从而科学指导实际生产工艺。
[0012]为解决上述技术问题和达到上述目的，本专利技术提出一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法，所述方法先通过采用相变模型和扩散模型相结合，利用Matlab软件计算冷却过程中的相变温度、元素扩散与配分；然后通过利用扫描电镜等仪器观察经过不同冷却速度相变后的组织类型，并根据GB
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1991标准对其带状组织进行评级；之后确定消除带状组织要求达到的贫富溶质区相变温差范围、碳扩散距离及与其对应的最佳冷却速度，最终通过最佳冷却速度的控制消除热轧后齿轮钢中带状组织，热轧后齿轮钢中的组织为均匀分布的铁素体+珠光体组织或均匀分布的贝氏体+马氏体组织。
[0013]优选地，所述方法具体步骤如下：
[0014]步骤一：利用EPMA分析齿轮钢轧制后淬火样中合金元素分布及含量；
[0015]步骤二：以EPMA测试结果为边界条件，利用Matlab计算软件，计算不同冷却速度下贫、富溶质区的相变平衡温度，确定贫富溶质区相变时间差，即碳元素扩散时间；
[0016]步骤三：以EPMA测试结果和步骤二计算的碳元素扩散时间为边界条件，利用Matlab计算软件，计算不同冷却速度下的碳扩散距离，判断碳扩散距离与元素偏析带宽度的关系，制定合适的冷却速度，使相变后的组织均匀分布，抑制带状组织的产生；
[0017]步骤四：针对齿轮钢以不同冷却速度冷却后的组织，利用仪器观察其相变后的组织类型，并根据GB
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1991标准对其带状组织进行评级；
[0018]步骤五：最终确定消除带状组织要求达到的贫富溶质区相变温差、碳元素扩散距离及与其对应的最佳冷却速度。
[0019]优选地，当碳扩散距离为元素偏析带宽的1.2倍以上时，热轧后齿轮钢的铁素体+珠光体带状组织级别为4级以上。
[0020]优选地，当碳扩散距离为元素偏析带宽度的0.3
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1.0倍时，热轧后齿轮钢的铁素体
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珠光体带状组织级别为2
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3级。
[0021]优选地，当碳扩散距离为元素偏析带宽度的0.15
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0.22倍时，热轧后齿轮钢的铁素体
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珠光体带状组织级别为0
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0.5级。
[0022]优选地，当碳扩散距离为元素偏析带宽度的0.023
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0.148倍时，热轧后齿轮钢出现铁素体
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马氏体带状组织。
[0023]优选地，当碳扩散距离接近0μm时，热轧后齿轮钢出现均匀马氏体组织。
[0024]优选地，步骤四中的仪器为光学显微镜、扫描电镜。
[0025]本专利技术实施例提供的上述技术方案，至少具有如下有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种消除齿轮钢带状组织的最优冷却速度的计算方法，从而改善齿轮钢组织类型及均匀性，并将最优工艺投入实际批量生产。
[0027]本专利技术通过将EPMA实验结果与Matlab模拟计算相结合的方法，科学预测优选的冷却速度。与传统从单一的实验经验获取优选工艺参数的方法相比，本专利技术运用的方法是依据相变组织演变机理来科学调整冷却速度，不仅可以有效控制齿轮钢热轧后的组织类型及分布，消除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法，其特征在于，所述方法先通过采用相变模型和扩散模型相结合，利用Matlab软件计算冷却过程中的相变温度、元素扩散与配分；然后通过利用扫描电镜等仪器观察经过不同冷却速度相变后的组织类型，并根据GB
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1991标准对其带状组织进行评级；之后确定消除带状组织要求达到的贫富溶质区相变温差范围、碳扩散距离及与其对应的最佳冷却速度，最终通过最佳冷却速度的控制消除热轧后齿轮钢中带状组织，热轧后齿轮钢中的组织为均匀分布的铁素体+珠光体组织或均匀分布的贝氏体+马氏体组织。2.根据权利要求1所述的一种通过控制冷却速度消除齿轮钢中带状组织的方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：步骤一：利用EPMA分析齿轮钢轧制后淬火样中合金元素分布及含量；步骤二：以EPMA测试结果为边界条件，利用Matlab计算软件，计算不同冷却速度下贫、富溶质区的相变平衡温度，确定贫富溶质区相变时间差，即碳元素扩散时间；步骤三：以EPMA测试结果和步骤二计算的碳元素扩散时间为边界条件，利用Matlab计算软件，计算不同冷却速度下的碳扩散距离，判断碳扩散距离与元素偏析带宽度的关系，制定合适的冷却速度，使相变后的组织均匀分布，抑制带状组织的产生；步骤四：针对齿轮钢以不同冷却速度冷却后的组织，利用仪器观察其相变后的组织类型，并根据GB
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1991标准对其带状组织进行评级；步骤五：最终确定消除带状组织要求达到的贫富溶质区相变温差、碳元素扩散距离及与其对应的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈银莉，赵宜娜，余伟，黄多艺，范文生，韦贺，孙蓟泉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：